книги / Морская нефть. Развитие технологий освоения морских арктических месторождений нефти и газа

геолого-геоморфологических работ на западном побережье Берингова моря в 1951-1954 гг. представлена на рис. 1.5.

1.3.Исследования северных

морей (1950-2000 гг.)

В1965-1966 гг. была организова­ на Беломорская экспедиция Института океанографии АН СССР (начальник экспедиции В. С. Медведев, научный руководитель Е. Н. Невский). Ком­

щей длиной до 4,5 км, несколько сотен дночерпательных проб, сборы взвеси, опробования по обнажениям террас и шурфам) позволил выполнить разно­ образные исследования и вскрыть механизм литогенеза, а также геологичес­

кую историю развития бассейна в позднем плейстоцене и голоцене. В сбо­ ре материала участвовали Ф. А. Щербаков (1964-1966 гг.), Ю. А. Павлидис (1965-1966,1968 гг.), А. А. Аксенов (1965 г.), Л. И. Говберг, Т. Н. Морошкина (1964-1965 гг.), Н. М. Кривоносова (1964-1966 гг.) и др. Схема расположения колонок представлена на рис. 1.6.

Рисунок 1.6 — Схема расположения колонок донных осадков,

полученных Беломорской экспедицией в 1964-1966 и 1968 гг

По материалам этой экспедиции Е. Н. Невесский, В. С. Медведев и В. В. Калиненко написали монографию «Белое море: Седиментогенез и история раз­ вития в голоцене». На основе многочисленных анализов была впервые разра­ ботана дробно-возрастная шкала для осадков голоцена. Эта шкала позволила расчленить осадочные толщи по всему бассейну, что сделало возможным рас­ шифровку механизма осадконакопления в позднем плейстоцене и голоцене, ми­ граций терригенного и талассогенного материала, его дифференциации и лока­ лизации в толще отдельных минералогических и химических компонент.

В 1978-1981 гг. на гидрографических судах Провиденской гидробазы ММФ на Чукотке «Дмитрий Лаптев», «Вега» и ледоколе «Георгий Седов» при непо­ средственном участии начальника гидробазы Ю. М. Бабаева сотрудники лабора­ тории Ю. А. Павлидис (начальник экспедиции с 1978 г.), А. И. Ионин (начальник экспедиции в 1980-1981гг.), Н. Н. Дунаев, В. С. Медведев, С. Л. Никифоров,

М. Г. Юркевич, Е. М. Потехина и А. Н. Шишкин провели исследования в Чу­ котском, в северной части Берингова морей, а также рекогносцировочные маршруты (Ю. И. Возовик) в Восточно-Сибирском море и море Лаптевых. Рас­ положение станций пробоотбора и буровых скважин представлено на рис. 1.7.

Рисунок 1.7 — Расположение станций пробоотбора и буровых скважин в Чукотском и в северной части Берингова морей:

1 — станции полярной Северо-Восточной экспедиции ИО АН СССР; 2 — точки бурения американских ученых (Кнебель и др., 1974 г.); 3 — скважина НИС «Дмитрий Менделеев»

С 1982 г. объектом региональных экспедиционных исследований лабо­ ратории становятся Баренцево и Карское моря, что в значительной степени связано с поисками нефтегазоносных структур. В состав экспедиций на на­ учно-исследовательском судне «Профессор Штокман» (рейсы 8, 10, 12, 19-й) были включены сотрудники лаборатории Н. А. Айбулатов, Ю. А. Павлидис, В. С. Медведев, С. Л. Никифоров, М. Г. Юркевич, И. О. Леонтьев, Н. С. Спе­ ранский А. Н. Шишкин, Е. М. Потехина и др.

Заметное место в исследовании шельфа Баренцева моря занимают экспе­ диционные работы в 7-м рейсе научно-исследовательского судна «Академик Сергей Вавилов» в 1990 г. (начальник экспедиции Н. А. Айбулатов). В них принимали участие сотрудники лаборатории А. И. Ионин, В. С. Медведев, Ю. А. Павлидис и Е. М. Потехина. Широкое применение установленного на судне параметрического эхолота-профилографа «Атлас-Электроник Параса­

унд», многолучевого эхолота типа «Мультибим», ударных грунтовых трубок позволило получить новые материалы по строению морфоскульптурного акку­ мулятивного рельефа и стратификации осадочных толщ шельфа Норвежского и Баренцева морей. В этих морях был измерен уровень радиоактивности в воде, осадках и биоте.

В 1993 г. на научно-исследовательском судне «Дмитрий Менделеев» со­ стоялся рейс в Карское море, Енисейский залив и Обскую губу (49-й рейс), где был получен большой материал по радиоактивности района, расположению взвесей, строению осадочной толщи. Северные работы по той же программе были продолжены в рейсах научно-исследовательского судна «Академик Сер­ гей Вавилов» в 1997-1998 гг. (Баренцево и Печорское моря). Схема располо­ жения исследовательских станций представлена на рис. 1.8.

Рисунок 1.8 — Положение станций ИО АН СССР, точек бурения некоторых скважин

и отдельных опорных обнажений береговых террас в Баренцевом и Карском морях:

1 — НИС «Профессор Штокман»; 2 — НИС «Академик Курчатов»; 3 — НИС «Дмитрий Менделе­ ев»; 4 — б/с «Бавенит» (АМИГЭ); 5 — обнажения

В 80-е гг. XX в. в северных районах США и Канады кроме разведочных на нефть и газ работ осуществлялась добыча нефти. При проведении развед­ ки на нефть и газ и дальнейшей разработке открытого месторождения рас­ сматривались различные проекты. При выборе проекта освоения морского месторождения в Арктике необходимо учитывать экономическую ситуацию на нефтяном рынке, а также возможность доставки добываемой продукции скважин на нефтеперерабатывающие заводы, удаленные от месторождений на тысячи километров. Так при освоении месторождений в море Бофорта единственным средством доставки являлись танкеры, которым должен был обеспечиваться надежный и безопасный маршрут в арктических районах, где находится большое количество островов. Для этих целей в течение трех на­ вигационных сезонов 1981-1983 гг. изыскательная экспедиция Канадской гидрографической службы выполнила сложнейшие работы по картографи­ ческим изысканиям на трассе Северо-Западного прохода в море Бофорта (рис. 1.9)

' у . % Тактояктук

/’ •-зал. Амундсена

/

К а н а д а

Полярный круг

Рисунок 1.9 — Участок Северо-Западного прохода в Канадском Арктическом архипелаге, потребовавший тщательного исследования

За это время канадские исследователи обнаружили в море Бофорта и нанесли на карту 270-километровый судоходный коридор шириной около 16 км.

Картографическая съемка коридора велась с судна-базы (в 1981 г. «Хад­ сон», в 1982-1983 гг. «Полар серкл») с помощью специально оборудованных катеров и новейшего навигационного оборудования.

Работая около двух месяцев в году, экспедиция осуществила промеры глу­ бин в Бофортском коридоре на протяжении 52 тыс. км.

Результаты работ экспедиции имели большое значение. Нефтяники США и Канады в течение ряда лет вели поиски безопасного пути для танкеров через Канадский Арктический архипелаг. В 1969 г. группа нефтяных компаний пере­ строила танкеры «Манхеттен» водоизмещением 150 тыс. т в крупнейший по тем временам ледокол. Эта перестройка была вызвана открытиями нефтяных месторождений на Северном склоне Аляски. Однако даже этот бронированный танкер, вышедший в рейс в сопровождении ледоколов, чуть не налетел на мель, которая могла разорвать его корпус. После этого инцидента специалисты соч­ ли невозможным использование Северо-Западного прохода для коммерческих перевозок.

Экспедиция Института океанологии по заданию канадской гидрографиче­ ской службы нанесла на карту мели, морозные бугры (намывные донные хол­ мы с ледяной сердцевиной) и другие помехи для судовождения, обнаруженные на дне Бофортского коридора. Данные, собранные за три года, были переданы картографической группе для составления навигационных карт.

На основании проведенных исследований после составления навигацион­ ных карт планировалось в 1985 г. начать перевозки нефти. Выполнение этой работы явилось вполне оправданным и с экономической точки зрения, пос­ кольку на поиски нефти в море Бофорта затрачены громадные средства и без нахождения путей вывоза ее оттуда в суровых условиях Арктики эти затраты могли быть безвозвратно потеряны. После подготовки Бофортского коридора по нему планировалось пропускать специальные танкеры — ледоколы клас­ са 10. Ледоколы классифицируются по толщине ледовых полей (в футах), через которое судно может продвигаться безостановочно. По этой классификации ледокольное судно класса 10 может беспрепятственно двигаться через ледо­ вые поля толщиной 10 футов (3 метра). Танкеры ледокольного типа должны иметь двойной корпус (для защиты от повреждений топливных или нефтяных отсеков) и двигательную установку мощностью 55-73 тыс. кВт, т. е. почти в че­ тыре раза больше, чем у обычных танкеров. Они должны быть оборудованы двойными гребными винтами с регулируемым шагом, что позволит развивать всю наличную тягу при движении задним ходом. На танкерах будут установ­ лены дополнительные газовые турбины, предназначенные для повышения тяги в случае чрезвычайно тяжелой ледовой обстановки.

Танкеры ледокольного типа, совершающие регулярные рейсы по СевероЗападному проходу через Бофортский коридор, будут находиться в пути (от нефтяных месторождений в море Бофорта до НПЗ в заливе Святого Лаврентия или на западном побережье США) около 15 сут.

Арктические воды, по которым проходит судоходный путь, принадле­ жат Канаде; Д. Восбург (главный гидрограф Канадской гидрографической службы) считает, что если нефтяная промышленность выберет способ до­ ставки нефти на НПЗ с помощью танкеров, обеспечить безопасность нави­ гации и соответствующую маркировку трассы должно правительство этой страны.

По словам Д. Восбурга, большая часть Северо-Западного прохода через Канадский Арктический архипелаг не представляет трудностей для судоход­ ства. Вдоль всей трассы можно было бы использовать апробированную систе­ му береговой радиолокационной навигации, но в Арктике не существует стан­ ций низкочастотной навигационной системы. Поэтому в 1983 г. проводились исследования, цель которых — выбор навигационной системы, необходимой для судоходства в Бофортском коридоре.

Решение вопроса было найдено путем использования среднечастотной сис­ темы определения местонахождения судов, действующей с Северного склона Аляски или с границы между США и Канадой в направлении залива Амунд­ сена. В этом случае на каждом судне устанавливался специальный приемник. Кроме того, во время рейса на судне присутствовал высококвалифицирован­ ный оператор.

Завершение гидрографических изысканий и съемок в Бофортском кори­ доре позволило не только создать надежный путь доставки нефти, но и обес­ печило соединение через Канадский архипелаг двух величайших океанов планеты.

По мере повышения интереса к освоению нефтяных и газовых место­ рождений в районе Большой Ныофаундлейской банки появилась потреб­ ность в создании технологии разработки месторождений в этом районе, поскольку через него проходят айсберги. В 1980 г. проблемами прогнози­ рования и регулирования движения айсбергов практически не занимались, несмотря на то что разведочные работы велись там уже девять лет. Пред­ полагалось, что промышленная добыча нефти и газа должна была начаться в следующие 15 лет, и по объему добычи этот район мог стать одним из круп­ нейших в мире.

При решении проблемы айсбергов необходимо учитывать боль­ шие различия между ними как по размеру и форме, так и по траекто­ рии и частоте движения, механическим свойствам льда, устойчивости, прочности, степени размыва водой. Айсберги, дрейфующие через район Большой Ныофаундленской банки, образуются из арктических ледни­ ков, в основном из 21 активного ледника на западном берегу Гренландии (рис. 1.10).

Сползающие в море ледники дрейфуют в южном направлении под действи­ ем морских течений. При типичной скорости дрейфа менее 0,3 м/с нагрузки от воздействия айсбергов на морские сооружения могут достигать сотен тысяч тонн. Даже сравнительно небольшие обломки айсбергов представляют большую опасность для ходовых винтов буровых судов. Большие айсберги, подводная часть которых достигает дна, могут повредить или разрушить подводные трубо-

проводы. Частота прохождения айсбергов через район Большой Ныофаундленской банки все же значительно меньше, чем через район у берегов Лабрадора.

Среднее время между возможными столкновениями платформы шириной 150 м с айсбергами на северо-востоке Большой Ныофаундленской банки оцени­ вается в 10-15 лет при условии своевременного обнаружения и отбуксировки сравнительно небольших по размерам айсбергов. Паковый лед не представляет проблемы на севере Большой Ныофаундленской банки, однако он может быть опасен для легких стационарных морских сооружений, а также трубопроводов в точках их выхода на берег.

Осадка айсбергов обычно измеряется специальными датчиками типа со­ нара, спускаемыми в море вертикально на тросе. Осадку айсбергов необходи­ мо измерять для оценки возможной глубины царапин в дне моря, образуемых подводной частью айсбергов, а также частоты образования таких царапин, не­ обходимой глубины подвески противовыбросового устройства и т. д. Однако вплоть до 1980 г. не производился сбор данных о глубине погружения айс­ бергов, проходящих через район Большой Ныофаундленской банки. Поэтому нельзя оценить число айсбергов, образующих царапины в морском дне, в об­ щей массе проходящих здесь айсбергов. Возможно, что за счет вертикального размыва и быстрого разрушения почти все айсберги со значительной осадкой не доходили до Большой Ныофаундленской банки.

Поскольку район Большой Ныофаундленской банки находится в зоне влия­ ния Лабрадорского течения и течения Гольфстрим, движение айсбергов носит сложный характер. Скорость поверхностных течений обычно составляет около 0,3 м/с, причем в течение лишь примерно 5% общего календарного времени она может превышать 0,9 м/с. Кинетическая энергия айсбергов может доходить до 1,36 ГДж. Скорость течений в южной части Большой Ныофаундленской банки значительно ниже, чем в северной.

В период штормов очень большие айсберги, достигающие Большой Ныофаундленской банки представляют меньшую опасность для морских сооруже­ ний, чем небольшие обычные айсберги массой 10-50 тыс. т.

Айсберги могут самопроизвольно опрокидываться как при контакте с дном моря, так и в период буксировки.

Форма айсбергов изменяется неравномерно. В основном таяние происходит в зонах, расположенных на несколько метров выше или ниже средней ватер­ линии. Размывающее действие относительно теплых поверхностных вод резко ускоряется под действием волн. В холодной центральной зоне Лабрадорского те­ чения на глубинах 60-135 м температура воды часто бывает ниже -1 °С, так что на глубине происходит лишь незначительный размыв подводной части айсбер­ гов. На уровне ватерлинии под действием волн происходит усиленный размыв

айсбергов, в результате нижняя часть их нередко обламывается. Это приводит к нарушению устойчивости айсбергов, в результате чего они обычно наклоня­ ются или переворачиваются. Небольшие уже размытые айсберги массой менее 50 тыс. т (обычные для района Большой Ныофаундленской банки) имеют при­ мерно сферическую форму и легко переворачиваются. Переворот неустойчивого айсберга при буксировке представляет большую опасность. Для предотвраще­ ния возможности переворота необходимо крепить буксировочные тросы в нес­ кольких точках, что значительно снижает общую эффективность буксировки.

Последствием переворота айсберга может быть увеличение его осадки. По результатам модельных исследований установлено, что даже для айсбергов выпуклой формы можно ожидать увеличения осадки на 20%. Поэтому не­ обходимо устанавливать защитные бермы для предотвращения разрушения морских нефтепромысловых объектов айсбергами со значительной осадкой.

Переменные факторы (погода, течение, скорость образования ледников) в разные годы различны, что является причиной изменения числа айсбергов, проходящих через район Большой Ныофаундленской банки. По данным Между­ народной организации по слежению за ледовой обстановкой (прохрамма ИР), число айсбергов, ежегодно пересекающих 48° с. ш., весьма различно (рис. 1.11).

1900 1910 1920 1930 19*0 1950 1960 1970 1980

Г о д ы

Рисунок 1.11 — Годовое количество айсбергов, пересекающих 48° с. ш. ежегодно за последние 80 лет:

а— среднее число айсбергов за 80 лет

В1972 г., рекордном по числу прохождения айсбергов, эту широту пере­ секли почти 1600 айсбергов, в то время как в 1966 г. не пересекало ни одного,